热力学定律是描述能量在系统内移动以及在物体组之间传递的方式的三个原理。
这些定律起源于过去几个世纪对热和机器的研究,但后来成为宇宙如何在基本层面上运行的基本陈述。
这三项原则没有特殊的顺序,但今天,它们通常列出如下:
热力学第一定律是什么?
这通常被概括为“能量不能被创造或毁灭,它只能改变形式”,它描述了能量守恒。不过,这条规则还有更多内容。
第一定律仅适用于封闭系统,其中没有能量被添加或减少。例如,我们的整个宇宙是一个封闭的系统,它开始时的能量以某种形式保存。
热力学第二定律是什么?
根据第一定律,宇宙的能量总和可能是无尽且永恒的,但根据第二定律,它的转变是一条通往无聊维尔的单行道。
能量实际上是对系统变化的描述。某些形式的能量可以轻松实现我们所说的工作;使事物移动,创造各种变化,保留甚至增加某种结构或秩序。例如,阳光的强大辐射可以将简单的化合物转变为多种生物。没有光,生命就会死亡、枯萎,最终崩溃成冰冷的尘埃。
但所有的能量转移都会产生随机波动,即我们所说的热量。由于这种不可避免的随机性——或者所谓的熵– 一个封闭的系统总是会逐渐走向均匀无序的状态。
你可以输入更多的能量来重新创造一些独特的秩序,但请记住,宇宙并没有获得新鲜的有用能量,最终,一切都将是同样的旧的、无用的热量,过滤到冰冷的深处的扩展空间。
这种不可避免的陷入混乱状态的现象就是熵的增加。当宇宙中的所有能量均匀分布时,就会出现最大熵。这被称为热寂(或者,如果你是戏剧性的类型,则称为“大寒”),并且可能是宇宙的最终命运。
热力学第三定律是什么?
这是一条没人常谈论的定律,但却是一条相当深刻的定律,它通过将物质、热和秩序的规则连接在一起,为能量的极限设定了硬性边界。
用技术术语来说,它表示在 0 开尔文温度下完美排列的原子晶格的熵为零。但这种假设的冷晶体只能存在于我们的想象中,因为在现实世界中绝对没有热量是不可能的。
沉闷。
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